探析豫西“三软”煤层掘进工作面防尘技术

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　　摘 要：通过对郑煤集团大平煤矿21091掘进工作面进风巷防尘技术的探索和总结。根据掘进过程中各个工序所产生的粉尘特点，分析、运用了一套针对豫西三软煤层掘进工作面防尘技术有效的措施。通过现场的试验和总结，改善了职工的作业环境，有效降低了粉尘浓度，为豫西“三软”煤层掘进工作面安全高效掘进奠定了基礎。
　　关键词：三软；煤层；防尘技术；探析
　　DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.057
　　1 引言
　　煤尘是煤矿五大自然灾害之一。矿井生产过程中高浓度的煤尘容易引起煤尘爆炸、更容易伴随瓦斯爆炸造成煤尘二次爆炸等。掘进工作面正常生产期间煤尘易造成严重的经济损失和人员伤亡。过高浓度的粉尘严重威胁掘进工作面作业人员的职业健康；引起职工尘肺病；同时高浓度煤尘还减少了井下精密设备的使用寿命；影响现场作业人员视线，增加了现场操作事故的发生概率；降低了职工的劳动效率。
　　2 概况
　　郑州煤炭工业（集团）有限责任公司大平煤矿位于新密市与登封市交界地带，为郑煤集团公司骨干矿井之一。1986年建成投产，设计生产能力0.9Mt/a。矿井主采煤层为二1煤，二1煤层结构简单，为黑色粉末状，属典型的豫西“三软”不稳定煤层，强度系数f=0.1～0.3。煤尘具有爆炸性，为Ⅲ类不易自燃煤层，采煤方法为走向（倾斜）长壁炮采放顶煤，混合式通风方式，通风方法为抽出式。矿井绝对瓦斯涌出量28.88m/min，相对瓦斯涌出量15.77m/t，属煤与瓦斯突出矿井，最大瓦斯压力1.23Mpa，最大瓦斯含量16.40m/t，煤层透气性系数λ为0.767m2/Mpa2.d，瓦斯衰减系数α为0.04123d-1，坚固性系数平均0.22，放散初速度△P平均值15。井田总体形态为：轴向近东西，向东南倾伏的向斜构造，地质条件复杂，断层较多，属于煤与瓦斯突出矿井。
　　21091进风巷为煤巷，施工期间沿二1煤层底板掘进，21091进风巷担任21091工作面进风、出煤任务，设计长度381m，设计服务年限18个月，根据周边巷道实揭煤厚资料及钻孔资料分析，煤厚5.5～9.0m， 平均煤厚6.0m，煤层产状1820～1920∠16～27°，煤层呈黑色，玻璃光泽、粉末、碎块状，煤层直接顶为泥岩，厚3.85～ 10.35m，老顶为细中粒砂岩，厚9.43～10.98m；直接底为泥岩，厚6.46～6.7，老底为L9灰岩，厚0.3m。巷道埋深297.4～313.2m，掘进范围内地质构造中等，断裂构造不发育，图1，21091进风巷施工示意图。
　　3 豫西“三软”煤层掘进工作面防尘发展情况
　　豫西“三软”煤层掘进工作面粉尘主要来自于放炮、刮板输送机转载、装载机转载、皮带运输机运煤及打钻支护作业等工序。巷道中悬浮的粉尘68%左右源自放炮和转载，因此放炮过程及转载附近的煤尘控制及降尘对于实现就地控尘和降低整体巷道空间的粉尘浓度具有关键作用。同时掘进巷道作为独头巷道，难以形成循环风流，增大了通风降尘难度，粉尘依靠风流动力自工作面扬起扩散后弥漫在工作面后部整个作业空间，这是掘进工作面风流和粉尘扬散、移动状态过程的特点。
　　目前常常采用的防尘技术方法主要有以下几种：通过控制风筒出风口位置控制煤尘，通过对掘进煤层煤体进行注水等方式湿润煤层减少煤粉的产生，依靠通风除尘器、各种喷雾系统、湿式作业等物理方法方式降低和除去悬浮在空气中的煤尘。
　　4 几种常用的有效措施
　　4.1 风筒出风口位置及风量
　　风筒出风口位置距工作面较近时，较大的出风口风量直接送至工作面煤墙，增加了工作面粉尘逸散能力，当风量较大或者出风角度不合理时，还可直接吹起小煤块，严重影响作业现场人员视力范围。当风筒出风口位置距工作面较远时。出风口的风量送至煤墙不能及时排出作业现场中煤体释放出的瓦斯，容易引起瓦斯超预警。因此，根据实际生产情况，在满足《煤矿安全规程》对风量和风筒位置要求的情况下，将风筒出风口布置在距工作面5-7米的位置是较为合理的位置。
　　4.2 煤层注水
　　掘进期间必须制定专项注水设计或技术措施，根据煤层产状、厚度布置注水孔数量和位置、参数，注水效果以煤壁湿润或邻孔出水为原则为准或现场用粉尘测定器测定。根据煤尘情况调整注水时间，若注水效果明显时，可利用交接班期间进行注水，既达到了注水效果同时不影响掘进时间；若注水效果不明显时，可每循环施工到位后，安排打闭子注水一班，延长注水时间提高注水效果，并安排专人做好记录，分析总结注水情况。
　　4.3 放炮期间降尘
　　掘进期间每次放炮时炮眼内必须填充自封式水炮泥，水炮泥的充水量为200mL～250 mL，并坚持做到湿式作业，即放炮前、后洒水，出煤洒水等。
　　4.4 使用降尘水幕帘
　　为增加水幕的除尘效果，减少对掘进工作面现场环境的影响，在巷道距离工作面30-40米位置处设置降尘水幕帘，采用铁质纱网制作水幕帘封锁整个巷道断面。利用现有除尘水幕，优化喷嘴布置方式，采用环形布置，同时将水幕布置在两层纱往中间，使巷道形成一道水幕网，水雾喷射到气流中，通过的煤尘将被捕捉，同时水流自铁网流下，形成水膜，很好的降低了煤尘。
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　　4.5 采用气水联动降尘
　　气水联动装置主要由进水端口、进气端口、气水混合腔以及喷雾出口构成。其原理是一定压力的气体和水分别进入进水端口和进气端口后，水流在高速气流作用下破碎成包含大量微小气泡的液体或液线，单股气流和多股水流在气水混合腔形成稳定的气泡两相流动，混合体经喷嘴高速喷出时，由于体积膨胀和流动搅动作用，以及周围空气的卷入，水被雾化成许多微细的水粒，水利粒直径大小即被雾化的程度取决于水和空气的比例。在实际应用中通过阀门调节水压和气压，使 　　水压和气压达到最佳比例后，能够有效起到降尘的效果而且影响范围大、效果好。
　　4.6 转载位置降尘
　　各转载点必须設置手动或自动降尘设施，各个降尘设施要固定牢固、雾化良好，开关灵敏可靠，安装喷嘴方向对准产尘源并距离合理，各转载机头降尘设施的管件，必须顺巷道和支架方向保持横平竖直，软管加固间距200mm，只有确保降尘设施安装位置合理才能实现有效降尘。因受井下作业现场恶劣条件和复杂作业工序的限制。水管管路中容易出现水垢、煤粒、铁锈杂质等现象。当转载点打开转载喷头一段时间后，常常出现喷雾喷头失效不出水或滴水不喷现象，出现这种现象时要及时处理。
　　4.7 坚持定期冲尘和清扫粉尘
　　在施工地点必须常备50m的冲尘软管，迎头20m范围内由施工队负责每班至少冲刷一次，并填写除尘记录，其余地点每天至少冲刷一次，对于产尘量较大的作业地点，要缩短冲尘周期，保证不出现煤尘堆积现象。
　　4.8 其它
　　在采取以上措施的前提下，同时要做好个人防护工作，主要方法是佩戴防尘口罩，在培训过程中要加强职业病危害教育，提过职工自我保护意识。井下增加检查力度，多措并举减少煤尘伤害。
　　5 效果分析
　　为了研究豫西“三软”煤层掘进工作面粉尘的轨迹和浓度分布，根据粉尘浓度测定相关标准，结合工作面作业现场的实际情况，在掘进工作面行人道布置了采样点，粉尘浓度测定使用的是滤膜质量法，采用粉尘采样仪进行采样，采样时间均为两分钟流量为20L/min，采用后称重计算得到粉尘浓度。
　　通过对大平煤矿掘进工作面采取煤层注水、降尘水幕帘、气水联动降尘等措施后，测量分析工作面粉尘浓度对比可知：21091进风巷正常生产期间总尘平均在150mg/m3左右，其中呼吸性粉尘在50mg/m3左右，采取措施后总尘平均在65mg/m3左右，其中呼吸性粉尘在22mg/m3左右，降尘效果明显。距离工作面40米以外的粉尘浓度处于较低水平总尘平均在30mg/m3左右，其中呼吸性粉尘在10mg/m3左右，降尘水幕帘效果显著。
　　6 结论
　　豫西“三软”煤层掘进工作面正常生产期间煤尘产生量大，且分散度高，仅凭某一种防尘技术措施很难将煤尘浓度控制在相关规定范围内，为了减少掘进工作面粉尘浓度，采取煤层注水、放炮降尘、冲洗巷帮、双层水幕帘、转载点降尘、气水联动等措施，并且通过不断的解决现场应用中出现的问题，形成了较为高效的防尘技术体系，为井下作业环境提供了有力保障，为职工的身体健康作出了重要贡献，为矿井的长治久安奠定了基础。
　　参考文献：
　　[1]刘承宇，刘健，姬玉成.新型降尘材料在综掘工作面防尘中的应用[J].四川师范大学学报（自然科学版），2013.
　　[2]王文强.综掘工作面粉尘控制技术的研究与应用[J].科技创新导报，2014.
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